CN113642279B - 量子比特处理方法、装置及计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子比特处理方法、装置及计算机设备。其中，该方法包括：确定量子比特所包括的多个部分；采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用；对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。本发明解决了相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及量子领域，具体而言，涉及一种量子比特处理方法、装置及计算机设备。
背景技术
在量子比特的设计和模拟过程中，需要使用电磁计算的方法来提取量子电路参数，并计算电磁场在环境中的分布以分析量子状态的退相干。准确、高效率的电磁模拟可有效帮助化量子芯片的设计，并通过设计实现高退相干时间的比特。
相关技术中，当前量子比特的模拟大多采用有限元方法进行计算。有限元方法在电磁模拟中需对结构和环境进行三维网格剖分，并求解大型的矩阵方程。 在网格剖分的过程中，结构和环境可划分为大量的三维结构，如四面体。结构和环境中的材料参数将在每个四面体中定义，以此实现对环境较为准确的描述。剖分后有限数量的四面体将作为承载电磁场的最小单元，带入麦克斯韦方程进行求解。但是采用上述方案解决问题时，因该方法设计三维体积内的剖分，会产生大量的最小单元，会导致计算的未知量的数量较大。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种量子比特处理方法、装置及计算机设备，以至少解决相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种量子比特处理方法，包括：确定量子比特所包括的多个部分；采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，其中，所述积分方程分别采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用；对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到所述量子比特的电磁参数。
可选地，所述采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，包括：采用高斯求积法计算得到所述多个部分的表面的电磁参数。
可选地，所述采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，包括：分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格；采用积分方程对所述多个网格的电磁参数进行计算，分别得到所述多个部分的表面的电磁参数。
可选地，所述分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格。
可选地，所述采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用所述均匀细化方法分别对所述多个部分的表面的非边界区域进行二维网格剖分，以及采用边界细化方法分别对所述多个部分的表面的边界区域进行二维网格剖分，得到所述多个网格。
可选地，剖分得到的网格为三角形网格，采用所述均匀细化方法剖分得到的三角形网格长宽比一致；采用所述边界细化方法剖分得到的三角形网格在越靠近所述边界区域的边界时，得到的三角形网格越小，三角形网格的长宽比不一致。
可选地，所述电磁参数包括以下至少之一：电场能量，电场占有率。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种量子比特处理方法，包括：在交互界面显示量子比特导入控件；响应对所述导入控件的操作，在所述交互界面显示所述量子比特的图像；接收获取所述量子比特的电磁参数的指令；响应所述指令，在所述交互界面显示所述量子比特所包括的多个部分；在所述交互界面显示所述量子比特的电磁参数，其中，所述电磁参数为对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，所述多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用后得到，所述积分方程采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种量子比特处理装置，包括：第一确定模块，用于确定量子比特所包括的多个部分；第一处理模块，用于采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，其中，所述积分方程分别采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用；第二处理模块，用于对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到所述量子比特的电磁参数。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种量子比特处理装置，包括：第一显示模块，在交互界面显示量子比特导入控件；第二显示模块，用于响应对所述导入控件的操作，在所述交互界面显示所述量子比特的图像；第一接收模块，用于接收获取所述量子比特的电磁参数的指令；第三显示模块，用于响应所述指令，在所述交互界面显示所述量子比特所包括的多个部分；第四显示模块，用于在所述交互界面显示所述量子比特的电磁参数，其中，所述电磁参数为对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，所述多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用后得到，所述积分方程采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行任一项所述的量子比特处理方法。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的量子比特处理方法。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序，所述计算机程序运行时使得所述处理器执行任意一项所述的量子比特处理方法。
在本发明实施例中，通过将确定出量子比特所包括的多个部分方式，通过积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，进而得到多个部分表面的电磁参数，通过分别对各个部分进行高效地处理，在对多个部分表面的电磁参数进行求和，达到了得到量子比特的电磁参数的目的，从而解决了相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了一种用于实现量子比特处理方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是根据本发明实施例1的量子比特处理方法一的流程图；
图3是根据本发明实施例1的量子比特处理方法二的流程图；
图4是根据本发明实施方式提供的计算电场占有率方法得到的效率对比图；
图5是根据本发明实施方式提供的电容计算方法的示意图；
图6是根据本发明实施方式提供的电容计算方法中采用积分方程方法与有限元方法的效果示意图；
图7是根据本发明实施方式提供的电容计算方法中抽取电容参数的计算流程图；
图8是根据本发明实施方式提供的计算电容方法得到的效率示意图；
图9是本发明可选实施方式提供的网格细化方法中均匀细化方案的示意图；
图10是本发明可选实施方式提供的网格细化方法中边界细化方案的示意图；
图11是根据本发明实施例2提供的量子比特处理装置一的结构框图；
图12是根据本发明实施例3提供的量子比特处理装置二的结构框图；
图13是根据本发明实施例的一种终端的装置框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：
静电场积分方程：一种静电场模拟的方法，也称矩量法 。
超导量子比特：用超导方案实现的量子比特 。
电场参与率：表征局部电场能量占空间总能量的比例，用来分析超导比特的在介质中的耗散问题。
退相干：通俗的称谓是“波函数坍缩效应”，是量子力学的基本数学特性之一。指的是原本连续分布的波函数概率幅，在经历“观测”之后的瞬间退变为离散分布于某一特定点的δ函数（狄拉克δ函数，在特定的一个点值为无穷，其余所有点值为0，整个函数图形总面积定义为1）的现象。
退相干时间：简单地说就是量子态在被各种因素（主要是与环境的耦合）破坏前能存在的时间。
量子状态的退相干（Quantum decoherence），又称为量子去相干：在量子力学里，开放量子系统的量子相干性会因为与外在环境发生量子纠缠而随着时间逐渐丧失，这效应称为量子退相干。量子退相干是量子系统与环境因量子纠缠而产生的后果。
比特时间：就是发送1比特需要的时间，这种时间单位与数据率密切相关。如果要将比特时间换为微秒，就必须要知道数据率是多少。如数据率是10Mb/s，则100比特时间就等于10微秒。
有限元法（FEM，Finite Element Method）：一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。
共形/非共形：网格剖分中，如果两个相邻单元的重合部分组成该单元的面，线和点，则该网格是共形。
三角形网格：由三角形组成的网格，通常由于物体表面的剖分。
网格细化：将网格单元划分得更细的方法
实施例1
根据本发明实施例，还提供了一种量子比特处理方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于实现量子比特处理方法的计算机终端（或移动设备）的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10（或移动设备）可以包括一个或多个（图中采用102a、102b，……，102n来示出）处理器102（处理器可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置）、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输模块。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口（I/O接口）、通用串行总线（USB）端口（可以作为BUS总线的端口中的一个端口被包括）、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
应当注意到的是上述一个或多个处理器102和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10（或移动设备）中的其他元件中的任意一个内。如本申请实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制（例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择）。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的量子比特处理方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的应用程序的量子比特处理方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置包括一个网络适配器（Network Interface Controller，NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置可以为射频（Radio Frequency，RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器（LCD），该液晶显示器可使得用户能够与计算机终端10（或移动设备）的用户界面进行交互。
在上述运行环境下，本申请提供了如图2所示的量子比特处理方法。图2是根据本发明实施例1的量子比特处理方法一的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S202，确定量子比特所包括的多个部分；
步骤S204，采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用；
步骤S206，对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。
通过上述步骤，通过将确定出量子比特所包括的多个部分方式，通过积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，进而得到多个部分表面的电磁参数，通过分别对各个部分进行高效地处理，在对多个部分表面的电磁参数进行求和，达到了得到量子比特的电磁参数的目的，从而解决了相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
作为一种可选的实施例，确定量子比特所包括的多个部分。例如，在量子芯片中，可以由物理层面进行划分，即量子芯片的核心设计会分为多个部分（例如，包括构成量子比特的两个平板、控制线、地等），这多个部分属于同一平层，以设计确定出量子比特所包括的多个部分；还可以由其他层面进行划分，即用户可以根据各部分执行的功能进行划分，也可以由各部分所居于的位置进行划分，在此不做限定。通过确定出量子比特所包括的多个部分，为后续分别为量子比特的多个部分分别计算提供了基础，使得单次计算量减少、计算更加简单。
作为一种可选的实施例，采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用。在采用积分方程确认多个部分之间的电磁相互作用时，积分方程要能够表征出多个部分所在的环境和结构，根据各个积分方程的表征能力不同，或在不同的环境与结构中各有侧重，可以对积分方程进行灵活的选取。可以通过积分方程构建矩阵，用数值方法描述各部分之间的电磁相互作用。例如，可以使用格林函数构建矩阵，并通过求解矩阵确定多个部分对应的积分方程，格林函数可以表征出量子比特在对应部分的结构和环境，进行二维网格的剖分，从而获取到对应部分的电磁参数。通过对各个部分进行积分方程的计算得到电磁参数，在对每个部分进行计算时，需要计算的位置量、数量大大减小，有效地提高计算的效率。
需要说明是，上述电磁参数可以是指有关量子比特的多种相关参数，例如，量子比特的局部损耗区域的电场能量，量子比特的整个空间区域的电场能量，电场的占有率，即局部损耗区域电场能量占整个空间能量的比例，等等。
作为一种可选的实施例，在采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数时，可以采用如下方式：分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，得到多个网格；采用积分方程对多个网格的电磁参数进行计算，分别得到多个部分的表面的电磁参数。通过对多个部分的表面进行二维网格剖分得到的多个网格，进行积分方程的运算，得到多个部分的表面的电磁参数。能够更加精确、快速地获取到多个部分的表面的电磁参数。
作为一种可选的实施例，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格。当采用均匀细化或边界细化中任意一种方案，并不能很好的解决量子比特模拟的问题：仅采用均匀细化将导致未知量指数上升，增加计算负担；仅采用边界细化将导致非边界区域计算精度无法很好的控制。因此，混合使用均匀细化和边界细化方案，使得网格的特性能很好的维持。
作为一种可选的实施例，采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法分别对多个部分的表面的非边界区域进行二维网格剖分，以及采用边界细化方法分别对多个部分的表面的边界区域进行二维网格剖分，得到多个网格。在非边界区域采用均匀细化的方法，采用少量的均匀细化层数，有效优化非边界区域的精度，同时有效控制未知量的数量；在边界区域采用边界细化的方法，边界处网格剖分在垂直方向任意细化，可以极大地提高边界的计算精度，同时未知量线性增长，控制在较小的范围内。
作为一种可选的实施例，剖分得到的网格为三角形网格，采用均匀细化方法剖分得到的三角形网格长宽比一致；采用边界细化方法剖分得到的三角形网格在越靠近边界区域的边界时，得到的三角形网格越小，三角形网格的长宽比不一致。在均匀细化的方法中，三角形网格长宽比一致，且经过多层细化，可生成多个长宽比一致的小的网格，可保持网格的共形，有利于结构化的处理；在边界细化的方法中，网格靠近边界时，网格逐渐变小，能更好的表征在边界处奇异性。采用上述两种方法，能使网格局部保持共形，有利于在控制未知量数量的同时，提高计算的精度。
作为一种可选的实施例，对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。对于多个部分的电磁参数求和的方式也有很多，较常采用积分方程的方法，例如，可以利用高斯求和法进行求和，获取到整个量子比特的电磁参数，保证完成地对整个量子比特的电磁参数的获取。例如，在量子比特退相干的场景中，对量子比特超导材料表面附近的电场占有率进行准确计算时，可以采用高斯积分的方法计算超薄区域内的电场占有率，有效解决超导材料表面能量密度本质上是发散的问题，而且计算较为精准，使得量子比特中电场占有率计算的精度和效率可以得到有效的把控。通过简单的计算多个部分的电磁参数即可获取到量子比特的电磁参数，在高效准确的计算出各个区域的电磁参数后，又能够简单精准的计算出量子比特的电磁参数，大大减小了计算量，加快了计算速度。
作为一种可选的实施例，通过将量子芯片（量子比特）中的核心设计分为多个部分：包括构成比特的两个平板、控制线、地等（当然这样的划分比较自然，在此不进行赘述）。其中，这几个部分在芯片内部属于同一平层。之后将各个部分之间的相互作用使用积分方程方法构建矩阵，即用数值方法描述各个部分之间的相互作用。其中，积分方程方法中采用了格林函数表征量子比特的各个部分在对应平层的结构和环境（即各个部分（电磁）相互作用的特征）。为了准确地获取这些特征的数值表达，可以通过对各个部分进行网格化，并网格化后的各个小网格进行格林函数的计算，以此获得矩阵中每个元素的数值，从而构建出一个完整的矩阵。通过求解这个矩阵，并对多个部分的电荷进行求和，可以得到各个部分相互作用的集总效果。
在具体场景中，在考察量子比特的退相干问题时，需要对量子比特超导材料表面附近的电场占有率进行准确计算。在采用以上所提到的方案下，可以重构超导材料表面附近的电场以及其电场占有率，如采用高斯积分的方法计算超薄区域内的电场占有率，可有效解决超导材料表面能量密度本质上是发散的问题，并且计算较为精准。
因此，量子比特中电场占有率计算的精度和效率可以得到有效的把控。相比于使用其他方法，采用上述实施例及可选实施方式的方法，可以使得计算时间大大缩小，计算精度显著提高，并且计算精度可得到有效的控制。解决了相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
图3是根据本发明实施例1的量子比特处理方法二的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S302，在交互界面显示量子比特导入控件；
步骤S304，响应对导入控件的操作，在交互界面显示量子比特的图像；
步骤S306，接收获取量子比特的电磁参数的指令；
步骤S308，响应指令，在交互界面显示量子比特所包括的多个部分；
步骤S310，在交互界面显示量子比特的电磁参数，其中，电磁参数为对多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用后得到，积分方程采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用。
通过上述步骤，通过在交互界面显示量子比特的导入控件，响应对对导入控件的操作，进而能够显示出量子比特的图像，再通过接收并响应获取量子比特的电磁参数指令，确定出量子比特所包括的多个部分，通过积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，进而得到多个部分表面的电磁参数，通过分别对各个部分进行高效地处理，在对多个部分表面的电磁参数进行求和，达到了得到量子比特的电磁参数的目的，从而解决了相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
基于上述实施例及可选实施例，提供一种可选实施方式，下面具体说明。
相关技术中，当前量子比特的模拟大多采用有限元方法进行计算。有限元方法在电磁模拟中需对结构和环境进行三维网格剖分，并求解大型的矩阵方程。 在网格剖分的过程中，结构和环境可划分为大量的三维结构，如四面体。结构和环境中的材料参数将在每个四面体中定义，以此实现对环境较为准确的描述。剖分后有限数量的四面体将作为承载电磁场的最小单元，带入麦克斯韦方程进行求解。
但是采用上述方案解决问题时，因该方法设计三维体积内的剖分，会产生大量的最小单元，会导致计算的未知量的数量较大。采用有限元方法有如下缺点：计算时间消耗较大；难以准确计算金属结构边角处的奇异的电磁场；以上缺点导致难以实现高效的量子比特设计自动化。
鉴于此，在本发明可选实施方式中，提供了一种基于静电场积分方程的超导量子比特模拟和电场占有率计算的方案，该方案加速了超导量子比特的模拟，并准确计算超导量子比特中的电场占有率。下面对本发明可选实施方式进行详细说明。
（一）计算电场的占有率；
对于分析量子比特的退相干，常需要计算电场的占有率，即局部损耗区域电场能量占整个空间能量的比例。这个局部损耗区域往往仅有几个纳米，积分方程方法可以高效准确的计算出这个区域的能量。步骤如下：
S1，采用高斯求积法将损耗区域分为若干个平层；
S2，利用积分方程在每个平层计算该层的能量密度；
S3，利用高斯求积法求和，获得区域的电场能量。
需要说明的是，图4是根据本发明实施方式提供的计算电场占有率方法得到的效率对比图，如图4所示，采用以上积分方程的方案，对于计算电场占有率，效率可提50倍以上。
（二）利用积分方程在每个平层计算该层的能量密度；
在利用积分方程在每个平层计算该层的能量密度时，积分方程方法可以采用解析的格林函数作为对环境的表征函数，因此无需对三维结构进行网格剖分，只需要对物体表面采用二维网格剖分。因此网格剖分的难度大大减小，需要计算的位置量数量也大大减小，讲有效提高计算的效率。
下面进行具体举例说明，以计算两片金属之间的电容为例：
图5是根据本发明实施方式提供的电容计算方法的示意图，如图5所示，两片长方形金属1，2放在介质衬底，计算两片金属之间的电容。图6是根据本发明实施方式提供的电容计算方法中采用积分方程方法与有限元方法的效果示意图，如图6所示，采用积分方程只需要对长方形的金属表面剖分，而有限元方法需对真个空间做三维剖分。复杂度的减小十分显著。
图7是根据本发明实施方式提供的电容计算方法中抽取电容参数的计算流程图，如图7所示，在对长方形的金属1，2表面进行网格剖分（如图7的左边部分所示）之后，可以采用如下方案继续抽取电容参数：
S1，设置电压差，如图7中间部分所示，白的金属1和黑的金属2表示被设置了不同的电压（电势
）；
S2，求解电荷分布，如图7的右边部分所示，在上述不同电压的金属1和金属2上分布有对应不同的电荷q(1)，q(2)； ，其中， q是通过解
得到，其中，
为由格林函数构建的矩阵。Q(1)为对q(1)进行求和得到，Q(2)为对q(2)进行求和得到；
S3，抽取电容值，由公式
，得到如图7中电容C11，C21。
以上步骤可以扩展至多个金属，并最终求解各个金属之间的电容C。
需要说明的是，图8是根据本发明实施方式提供的计算电容方法得到的效率示意图，如图8所示，采用以上积分方程的方案对电容求解，效率可提升近50倍。
（三）非共形表面边界三角形网格细化。
本发明可选实施方式还提供了一种非共形表面边界三角形网格细化方法，该方法是一种适合于模拟边界奇异性的、易操作的网格细化方案。对量子芯片中电场占有率的计算尤其有效。
在上述积分方程求解的过程中，均用到了网格细化方法，在使用数值方法求解微分方程时，需对求解的问题的环境和边界进行网格剖分。在这类问题中，由于边界条件的突变，导致求解量在边界有奇异值，导致准确的数值求解变得异常困难，在分析量子芯片损耗时，需对超薄区域内的电场占有率进行准确分析。通用的数值计算处理这类问题异常困难。
鉴于此，采用本发明可选实施方式提供了的一种非共形表面边界三角形网格细化方法，将边界的网格剖分细化，以迭代的方式逐级优化网格，可对任意曲面/平面进行优化逼近，产生共形的网格。本发明可选实施方式提供的网格式化方法是对通用网格细分在超导量子芯片应用中对计算开支的进一步优化，可更有效的解决超量量子领域的有关问题。下面对本发明可选实施方式所提供的网格细化方法进行详细说明。
本发明可选实施方式以对一个粗糙剖分的三角形网格进行细化为例，进行详细说明：
（1）均匀细化
图9是本发明可选实施方式提供的网格细化方法中均匀细化方案的示意图，如图9所示，经过多层细化，可生成多个长宽比一致的小的网格。采用均匀细化将粘接在表面的三角形划分为四个小的三角形。这种均匀细化可使用多次。可保持网格的共形。如果方案仅作用在边界三角形，将产生非共形网格。同时三角形数量随着细化层数将指数上升。
（2）边界细化
图10是本发明可选实施方式提供的网格细化方法中边界细化方案的示意图，如图10所示，平行于边界划分三角形并保证三角形高度
满足
/
= 常数 > 1。当网格靠近边界时，网格逐渐变小，能更好的表征在边界处奇异性。采用逐级衰减的方案将边界的三角形划分为多个更小三角形。与此同时，网格能局部保持共形；网格数量随着细化层数线性增长，即三角形个数线性上升，三角形的长宽比也将逐渐变化。
仅采用以上均匀细化或边界细化中任意一种方案，并不能很好的解决奇异点模拟的问题：仅采用均匀细化将导致未知量指数上升，增加计算负担；仅采用边界细化将导致非边界区域计算精度无法很好的控制。
因此，本发明可选实施方式提出的网格细化方案是混合使用均匀细化和边界细化方案，使得网格的特性能很好的维持。
需要说明的是，在超导量子芯片的方针中，通常只需要对平面结构进行静电场分析。因此对任意曲面的优化逼近显得并不重要，且会带来额外的计算开支。同时非共性网格也适用于静电场分析。
通过上述可选实施方式，可以达到以下有益效果：
（1）加速了超导量子比特的模拟；
（2）准确计算超导量子比特中的电场占有率；
（3）在网格细化方法中，采用少量的均匀细化层数，有效优化非边界区域的精度，同时有效控制未知量的数量；
（4）在网格细化方法中，边界处网格剖分在垂直方向任意细化，可以极大地提高边界的计算精度，同时未知量线性增长，控制在较小的范围内。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的量子比特处理方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例的方法。
实施例2
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述量子比特处理方法的装置一，图11是根据本发明实施例2提供的量子比特处理装置一的结构框图，如图11所示，该装置包括：第一确定模块1102，第一处理模块1104与第二处理模块1106，下面对该装置进行说明。
第一确定模块1102，用于确定量子比特所包括的多个部分；第一处理模块1104，连接于上述第一确定模块1102，用于采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用；第二处理模块1106，连接于上述第一处理模块1104，用于对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。
此处需要说明的是，上述第一确定模块1102，第一处理模块1104与第二处理模块1106，对应于实施例1中的步骤S202至步骤S206，两个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在实施例一提供的计算机终端10中。
实施例3
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述量子比特处理方法的装置二，图12是根据本发明实施例3提供的量子比特处理装置二的结构框图，如图12所示，该装置包括：第一显示模块1202，第二显示模块1204，第一接收模块1206，第三显示模块1208与第四显示模块1210，下面对该装置进行说明。
第一显示模块1202，在交互界面显示量子比特导入控件；第二显示模块1204，连接于上述第一显示模块1202，用于响应对导入控件的操作，在交互界面显示量子比特的图像；第一接收模块1206，连接于上述第二显示模块1204，用于接收获取量子比特的电磁参数的指令；第三显示模块1208，连接于上述第一接收模块1206，用于响应指令，在交互界面显示量子比特所包括的多个部分；第四显示模块1210，连接于上述第三显示模块1208，用于在交互界面显示量子比特的电磁参数，其中，电磁参数为对多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用后得到，积分方程采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用。
此处需要说明的是，上述第一显示模块1202，第二显示模块1204，第一接收模块1206，第三显示模块1208与第四显示模块1210，对应于实施例1中的步骤S302至步骤S310，多个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在实施例一提供的计算机终端10中。
实施例4
本发明的实施例可以提供一种计算机终端，该计算机终端可以是计算机终端群中的任意一个计算机终端设备。可选地，在本实施例中，上述计算机终端也可以替换为移动终端等终端设备。
可选地，在本实施例中，上述计算机终端可以位于计算机网络的多个网络设备中的至少一个网络设备。
在本实施例中，上述计算机终端可以执行应用程序的量子比特处理方法中以下步骤的程序代码：确定量子比特所包括的多个部分；采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用；对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。
其中，存储器可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的量子比特处理检测方法和装置对应的程序指令/模块，处理器通过运行存储在存储器内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的量子比特处理方法。存储器可包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端A。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
可选地，图13是根据本发明实施例的一种终端的装置框图。如图13所示，该终端可以包括：一个或多个（图中仅示出一个）处理器、存储器、以及其他模块。
处理器可以通过传输装置调用存储器存储的信息及应用程序，以执行下述步骤：确定量子比特所包括的多个部分；采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用；对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。
可选的，上述处理器还可以执行如下步骤的程序代码：采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，包括：采用高斯求积法计算得到多个部分的表面的电磁参数。
可选的，上述处理器还可以执行如下步骤的程序代码：采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，包括：分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格；采用积分方程对多个网格的电磁参数进行计算，分别得到多个部分的表面的电磁参数。
可选的，上述处理器还可以执行如下步骤的程序代码：分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格。
可选的，上述处理器还可以执行如下步骤的程序代码：采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法分别对多个部分的表面的非边界区域进行二维网格剖分，以及采用边界细化方法分别对多个部分的表面的边界区域进行二维网格剖分，得到多个网格。
可选的，上述处理器还可以执行如下步骤的程序代码：剖分得到的网格为三角形网格，采用均匀细化方法剖分得到的三角形网格长宽比一致；采用边界细化方法剖分得到的三角形网格在越靠近边界区域的边界时，得到的三角形网格越小，三角形网格的长宽比不一致。
可选的，上述处理器还可以执行如下步骤的程序代码：电磁参数包括以下至少之一：电场能量，电场占有率。
处理器可以通过传输装置调用存储器存储的信息及应用程序，以执行下述步骤：在交互界面显示量子比特导入控件；响应对导入控件的操作，在交互界面显示量子比特的图像；接收获取量子比特的电磁参数的指令；响应指令，在交互界面显示量子比特所包括的多个部分；在交互界面显示量子比特的电磁参数，其中，电磁参数为对多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用后得到，积分方程采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用。
采用本发明实施例，提供了一种量子比特处理的方案。通过将确定出量子比特所包括的多个部分方式，通过积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，进而得到多个部分表面的电磁参数，通过分别对各个部分进行高效地处理，在对多个部分表面的电磁参数进行求和，达到了得到量子比特的电磁参数的目的，从而解决了相关技术中量子比特的模拟过程中，出现的计算量大、导致计算时间过长的技术问题。
本领域普通技术人员可以理解，图中所示的结构仅为示意，计算机终端也可以是智能手机（如Android手机、iOS手机等）、平板电脑、掌声电脑以及移动互联网设备（MobileInternet Devices，MID）、PAD等终端设备。图13其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端13还可包括比图13中所示更多或者更少的组件（如网络接口、显示装置等），或者具有与图13所示不同的配置。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取器（RandomAccess Memory，RAM）、磁盘或光盘等。
实施例5
本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以用于保存上述实施例一所提供的量子比特处理方法所执行的程序代码。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：确定量子比特所包括的多个部分；采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，其中，积分方程分别采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用；对多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到量子比特的电磁参数。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，包括：采用高斯求积法计算得到多个部分的表面的电磁参数。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用，得到多个部分的表面的电磁参数，包括：分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格；采用积分方程对多个网格的电磁参数进行计算，分别得到多个部分的表面的电磁参数。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：采用均匀细化方法分别对多个部分的表面的非边界区域进行二维网格剖分，以及采用边界细化方法分别对多个部分的表面的边界区域进行二维网格剖分，得到多个网格。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：剖分得到的网格为三角形网格，采用均匀细化方法剖分得到的三角形网格长宽比一致；采用边界细化方法剖分得到的三角形网格在越靠近边界区域的边界时，得到的三角形网格越小，三角形网格的长宽比不一致。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：电磁参数包括以下至少之一：电场能量，电场占有率。
可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：在交互界面显示量子比特导入控件；响应对导入控件的操作，在交互界面显示量子比特的图像；接收获取量子比特的电磁参数的指令；响应指令，在交互界面显示量子比特所包括的多个部分；在交互界面显示量子比特的电磁参数，其中，电磁参数为对多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定多个部分之间的电磁相互作用后得到，积分方程采用格林函数表征多个部分之间的电磁相互作用。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种量子比特处理方法，其特征在于，包括：
确定量子比特所包括的多个部分；
采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，其中，所述积分方程分别采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用；
对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到所述量子比特的电磁参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，包括：
采用高斯求积法计算得到所述多个部分的表面的电磁参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，包括：
分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格；
采用积分方程对所述多个网格的电磁参数进行计算，分别得到所述多个部分的表面的电磁参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：
采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用均匀细化方法和边界细化方法混合的方式，分别将所述多个部分的表面进行二维网格剖分，得到多个网格，包括：
采用所述均匀细化方法分别对所述多个部分的表面的非边界区域进行二维网格剖分，以及采用边界细化方法分别对所述多个部分的表面的边界区域进行二维网格剖分，得到所述多个网格。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，剖分得到的网格为三角形网格，采用所述均匀细化方法剖分得到的三角形网格长宽比一致；采用所述边界细化方法剖分得到的三角形网格在越靠近所述边界区域的边界时，得到的三角形网格越小，三角形网格的长宽比不一致。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述电磁参数包括以下至少之一：电场能量，电场占有率。
8.一种量子比特处理方法，其特征在于，包括：
在交互界面显示量子比特导入控件；
响应对所述导入控件的操作，在所述交互界面显示所述量子比特的图像；
接收获取所述量子比特的电磁参数的指令；
响应所述指令，在所述交互界面显示所述量子比特所包括的多个部分；
在所述交互界面显示所述量子比特的电磁参数，其中，所述电磁参数为对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，所述多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用后得到，所述积分方程采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用。
9.一种量子比特处理装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定量子比特所包括的多个部分；
第一处理模块，用于采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用，得到所述多个部分的表面的电磁参数，其中，所述积分方程分别采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用；
第二处理模块，用于对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和，得到所述量子比特的电磁参数。
10.一种量子比特处理装置，其特征在于，包括：
第一显示模块，在交互界面显示量子比特导入控件；
第二显示模块，用于响应对所述导入控件的操作，在所述交互界面显示所述量子比特的图像；
第一接收模块，用于接收获取所述量子比特的电磁参数的指令；
第三显示模块，用于响应所述指令，在所述交互界面显示所述量子比特所包括的多个部分；
第四显示模块，用于在所述交互界面显示所述量子比特的电磁参数，其中，所述电磁参数为对所述多个部分的表面的电磁参数进行求和得到，所述多个部分的表面的电磁参数采用积分方程确定所述多个部分之间的电磁相互作用后得到，所述积分方程采用格林函数表征所述多个部分之间的电磁相互作用。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1至8中任一项所述的量子比特处理方法。
12.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，
所述存储器存储有计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序，所述计算机程序运行时使得所述处理器执行权利要求1至8中任意一项所述的量子比特处理方法。
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